Устройство для управления процессом электролиза алюминия Советский патент 1989 года по МПК C25C3/20 

1

Изобретение относится к автоматизации электролиза алюминия.

Цель изобретения - повьш1ение надежности и качества управления.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства управления: на фиг.2 - структурная схема иерархической системы управления; на фиг.3 схема, регулятора электролизера; на фиг.4 - схема последовательной передачи сигнала тока серии; на фиг.5 - схема блока логического управления защитой; на фиг.6 - схема блока сигнализации перемещения анода; на фиг.7 - блок-схема микропроцессорного регулятора.

Схема устройства управления (фиг.1) состоит из электролизера 1,

анода 2, глиноземной корки 3,.электролита 4, жидкого алюминия 5, привода 6 анода, катодной ошиновки 7, анодной ошиновки 8, трансформатора

9постоянного.тока, преобразователя

10тока серии, сети 11 для последовательной передачи сигнала тока , регулятора 12 электролизера, устройства 13 защиты от .чрезмерного перемещения анода, линии 14 связи регулятора с ЭВМ верхнего уровня, механизма 15 продавливания корки, дозатора 16 глинозема.

На фиг,2 представлена структурная схема иерархической системы управления, состоящей из сети .1 1 для последовательной передачи сигнала тока серии, регуляторов 12 электроti

65 65 65

сл

О)

о

лизеров, линии 14 связи регуляторов 12 с ЭВМ 17 верхнего уровня.

На фиг.З представлена схема регулятора электролизера. Регулятор состоит из преобразователя 18 напряжения электролизера в частоту, приемника 19 частного сигнала тока серии, компаратора 20, канала 21 передачи напряжения электролизера, преобразователя 22 тока серии в частотный сигнал, линии 23 передачи сигнала тока серии, блока 24 управления защитой,.линии 25 обработки сигнала защиты, линии 26 связи элемента с блоком управления защитой, линии 27, 28, 29 включениями отклю- чения контакторов привода анода, линий 30, 31 связи, блока 32 сигнализации перемещения анода с элементом времени, блока управления защит той с блоком управления, линии 33 связи привода анода с блоком сигнализации перемещения анода, элемента 34 времени, контакторов 35, 36 включения привода, сети 37 питания контакторов, блока 38 отключения привода, блока 39 управления, линии 40, 41 управления механизмами прадавли- вания корки и дозато.ром, блока 42 индикации, линии 43 передачи сигнала тока серии, линий 44, 45 передачи команд управления перемещением анода вверх и вниз, линии.46 передачи запрета сигнала управления от компаратора, блока 47 ручного управления .

На фиг.4 представлена схема последовательной передачи сигнала тока серии, 1 оторая состоит из сети 23 передачи сигнала, фильтров 48, трансформаторов 49 гальванического разделения, ко.мпаратора 50.

На фиг.5 представлена схема блок логического управления защитой. Бло состоит из элемента ИЛИ 51, элемент И 52, элемента ИЛИ 53, элемента ИЛИ 54, усилителя 55, инвертора 56, элемента И..57, усилителя. 58, элемента И 59, усилителя 60, кнопки 61 запуска, R-S-триггера 62.

На фиг.6 представлена схема блока сигнализации перемещения анода, состоящая из оптотранзисторных гальванических разделителей 63 и 64.

На фиг.7 представлена блок-схема микропроцессорного регулятора, состоящая из центрального процессора 65, устройства 66 сопряжения, блока

67 управления процессором, блока 68 питания.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение электролизера подается на вход блока 39 управления, представляющего собой микропроцессорный регулятор через преобразователь 18

напряжение - частота, который гальванически отделен от микропроцессора и содержит автоматическую схему защиты входа и переключения диапазона измерения при возникновении

анодного эффекта на электролизере. Коэффициент преобразования преобразователя соответствует в рабочем диапазоне измерения 1В-10 кГц, при измерении анодного эффекта 1В-1 кГц.

Сигнал тока серии подается на вход блока 39 управления по линии 43 связи от приемника 19, вход которого подключен к линии 23 последо вательной передачи тока серии, по

которой подается синусоидальный частотный .сигнал от преобразователя 22 ток серии - частота, вход которого подсоединен к измерителю тока серии. Коэффициент преобразования преобразователя 22 соответствует 1 кА-1 кГц.

Блок 39 управления представляет собой микропроцессорный регулятор, который по значениям тока серии и

напряжения электролизера вычисляет омическое сопротивление и вырабатывает команды управления в зависимости от знака отклонения, которые по линиям 44, 45 поступают на вход

блока .24 логического управления для последующего анализа, и, если разрешено управлять анодом, блок 24 логического управления включает пускатели 35, 36 и блок 38 переключения.

Величина задания уставки вводится в блок управления по линии.14 от верхнего уровня управления, при работе блока в автономном режиме значение уставки устанавливается вручную,л

При перемещении анода напряжение привода 6 по линии 33 связи поступает в блок 32 сигнализации перемещения анода, который подает сигнал обратной связи на вход элемента 34 времени, на вход блока 24 ПР вления защитой от чрезмерного перемещения и на вход блока 39 управления.

Блок 39 управления обеспечивает управление механизмами продавлива- ния корки и дозаторами глинозема по величине омического сопротивления электролизера. Через блок 42 индикации в блок 39 управления вводятся вручную режимы работы регулятора и выводится требуемая информация .

. Блок 24 управления защиты от чрез мерного перемещения анода запрещает перемещение привода 6 в случае, когда напряжение электролизера на- ходится за пределами допустимых значений и„;п 3,9 В, lUa. 6 В. При

неисправности блока 39 управления или заклинивании контакторов 35, 36 на блок 24 будет подан от компаратора 20 сигнал превышения напряжения, а по линии 33 обратной связи через блок 32 сигнализации перемещения анода сигнал о включенном состоянии двигателя, совпадение сигналов включенного состояния двигателя и превышения напряжением электролизера допустимых значений характеризует неисправность контакторов или само-- произвольное включение привода электролизера.

Контроль допустимого перемещения привода анода выполняется также не- .зависимым элементом 34 времени, на который поступает сигнал обратной связи о включенном двигателе через блок 32 по линиям 30, 31. Если время перемещения превышает Tmat. элемент времени срабатывает, подает сигнал.в блок 39 управления и в блок 24 через линию 26, что приводит к отключению контакторов 35, 36 и блока 38 переключения.

Направляемый по линии 23 последовательной передачи сигнала тока серии частотный сигнал поступает на трансформатор 49. Выходное сопротивление с вторичной стороны трансфор матора 49 обеспечивает выходное сопротивление присоединительного кабеля. Компаратор 50 с регулируемым гистерезисом обеспечивает соответствующий интервал по отношению к помехе для свободного от помех приема

токовых сигналов.

Сформированный пропорционально

току серии сигнал поступает на блок 39 управления.

На ответвлении линий 23 последо- .вательной передачи тока использован

1466656

фильтр 48. Это обеспечивает высокий импеданс подключения в направлении линии 23,последовательной передачи

тока.

Имеющийся в линии 23 передачи последовательного тока высокий уровень сигнала (24 в) обеспечивает исключительно высокую защиту от по- 10 мех, а также то, что несмотря на существенное подавление сигнала на ответвлении (20-25 дБ) сигнал соответ- ствуюцего уровня поступает на вход трансформатора 49.

15 Если компаратор 20 устанавливает, что напряжение электролизера находится вне заданного диапазона, то на выходе компаратора имеется уровень 1, Если одновременно с этим осу- 20 ществляется также пер.емещение анода один из входов схемы ИЛИ 51, тем самь1м на его выходе также имеется 1), то через схему И 52, схему ИЛИ 53, и запоминающее R-S-устройство 25 62 направляется через линию 26 в блок управления 39 сигнал обратной

связи.

Одновременно с этим через схему ИЛИ 54 и усилитель 55 отключается блок переключения 38, далее блокируется функционирование управляеьмх усилителями 58, 60 выключателей 35, 36 через инвертор 56 и схемы И 57, 59. В этом случае поступающая через линию 44 и 45 команда на перемещение анода неэффективна.

Аналогичным образом на основе логики можно проследить действио продолжающегося дольше по сравнению с 40 отрегулированным на временной схеме 34 временем Т перемещения анода. В этом случае выход временного переключения 26 временной схемы 34 при,|| .„ЛО

30

50

IXJlIV-iV-iiri J I-.V f

ходит в состояние 1, триггер 62 45 опрокидывается и направляет сообще- ние об этом событии через выполненную для обратной сигнализации защиты линию 25 на блок 39 управления, блокирует описанным, вьппе образом функционирование контакторов 35, 36 и отключает блок 38, за счет чего функционирование двигателя перемещения анода 6 прерывается.

Триггер 62 остается после опроки- давания в этом состоянии также в том случае, если причина разьединения в промежуточное время была устра нена.

Аналогичным образом на основе логики можно проследить действио продолжающегося дольше по сравнению с 0 отрегулированным на временной схеме 34 временем Т перемещения анода. В этом случае выход временного переключения 26 временной схемы 34 при,|| .„ЛО

0

IXJlIV-iV-iiri J I-.V f

ходит в состояние 1, триггер 62 5 опрокидывается и направляет сообще- ние об этом событии через выполненную для обратной сигнализации защиты линию 25 на блок 39 управления, блокирует описанным, вьппе образом функционирование контакторов 35, 36 и отключает блок 38, за счет чего функционирование двигателя перемещения анода 6 прерывается.

Триггер 62 остается после опроки- давания в этом состоянии также в том случае, если причина разьединения в промежуточное время была устранена.

ЕСЛИ, однако, компаратор 20 направляет сообщение о превышении по максимуму ограниченного окошком диапазона логики блока 24 управления и одновременно с этим не происходит деремещение анода (например, в случае дефекта анода), то на выходе схемы И 52 имеется уровень О. Триггер 62 остается в его основном положении, не передается сообщение .. через линию 25 на блок 39 управления, так как это не означает само.по себе погрещности функци онирования. Однако в этом случае через схему ИЛИ 54 функционирование контакторов 35, 36 блокируется, а блок 38 переключения отключается.

Тем самым логика управления разрешает перемещение анода лишь в том случае, когда триггер 62 находится в основном положении, (не производится перемещение анода, продолжительность которого превышает Т , одновременно с выходом н.апряжения ванны за допустимые пределы не производится перемещение анода) или величина ванны находится в.допустимых пределах. В этих случаях блок 38 переклюразвязки поступает линейное напряжение сети, в соответствии с этим либо линия 30 обратной сигнализации перемещения вниз, либо линия 31 обратной сигнализации перемещения вверх приходит в состояние 1. Если не производится перемещение анода, контакторы 35, 36 находятся в выключенном

10 состоянии, то также на выходе блока- 38 переключения отсутствует управляющее напряжение и линии 30 и 31 находятся в состоянии О. Факт обратной сигнализации перемещения анода

|5 обрабатываемой логикой управления блока 24 уже известен и используется блоком 39 управления для целей обработки данных и управления/(ограничение продолжительности отдельных

20 перемещений анода, осуществляемое с помощью математического обеспечения ограничение поручающегося при увеличенном интервале времени с учетом знака результирующего перемеще25 ния анода, запоминание направления и величины перемещения анода и т.д.)

Функция элемента 34 времени состоит в том, чтобы контролировать продолжительность отдельных перемечения находится во включенном состоя-30 щенийанода и сравнивать эти продол- нии и на выходе инвертора 56 имеется

жительности с максимально допустимым временем перемещения анода Т. Если ocyI ecтвляeтcя перемещение анода, то в зависимости от направления

I, тем самым команда на. оказание

жительности с максимально допуст временем перемещения анода Т Если ocyI ecтвляeтcя перемещение да, то в зависимости от направле

либо линия 30, либо линия 31. О события приводят к срабатыванию мента 34. . Если продолжительност воздействия меньше, чем отрегули

ванная величина Т

max

то элемен

воздействия(уровень 1), поступающая через линии 44 и 45, может через

схе№1 57 и 58, а также через усилите-35 перемещения приходят в состояние ли 58 и 60 включить контакторы 35 и 36 и тем самым, с помощью двигателя перемещения анода 6 поднять или опус- тить анод. ,

Блоки развязк.и 63 и 64 представ- 40 ляют собой устройства, которые используются на практике для гальванического разделения входных сигналов с двумя состояниями и имеют вход цеременного . тока. Двигатель 6. пере мещения анода является трехфазным двигателем пёренного тока, причем направление вращения двигателя (направление перемещения анода определяется последовательностью фаз трех- фазной сети.

От входа блока 38 переключения (от присоединительных зажимов двигателя 6 перемещения анода) в зависимости от последовательности фаз приходящей . ,55 через линию 32, выполненую для обратной сигнализации о перемещении анода, трехфазной сети на вход блока 63 развязки либо на вход блока 64

времени находится в .основном со тоянии. Линия 26 выхода элемента времени находится в состоянии О Если продолжительность воздейств д5 превышает в еличину Т, то лини 26 выхода элемента времени на дл тельное время приходит в состоян 1 и это состояние может быть у нено лишь за счет нажатия кнопки Логическое состояние 1 линии 2 выхода временной схемы блокирует дальнейшее перемещение анода.

Задача блока 47 ручного управ ния состоит в том, чтобы обеспеч вать переключение режима работы ной - автоматический, а при ручн режиме работы управление перемещ ем анода.

развязки поступает линейное напряжение сети, в соответствии с этим либо линия 30 обратной сигнализации перемещения вниз, либо линия 31 обратной сигнализации перемещения вверх приходит в состояние 1. Если не производится перемещение анода, контакторы 35, 36 находятся в выключенном

состоянии, то также на выходе блока- 38 переключения отсутствует управляющее напряжение и линии 30 и 31 находятся в состоянии О. Факт обратной сигнализации перемещения анода

обрабатываемой логикой управления блока 24 уже известен и используется блоком 39 управления для целей обработки данных и управления/(ограничение продолжительности отдельных

перемещений анода, осуществляемое с помощью математического обеспечения ограничение поручающегося при увеличенном интервале времени с учетом знака результирующего перемещения анода, запоминание направления и величины перемещения анода и т.д.).

Функция элемента 34 времени состоит в том, чтобы контролировать продолжительность отдельных перемещенийанода и сравнивать эти продол-

жительности с максимально допустимым временем перемещения анода Т. Если ocyI ecтвляeтcя перемещение анода, то в зависимости от направления

tt 11I

либо линия 30, либо линия 31. Оба события приводят к срабатыванию элемента 34. . Если продолжительность воздействия меньше, чем отрегулироперемещения приходят в состояние

ванная величина Т

max

то элемент

перемещения приходят в состояние

времени находится в .основном состоянии. Линия 26 выхода элемента времени находится в состоянии О. Если продолжительность воздействия превышает в еличину Т, то линия 26 выхода элемента времени на длительное время приходит в состояние 1 и это состояние может быть устра- нено лишь за счет нажатия кнопки 61. Логическое состояние 1 линии 26 выхода временной схемы блокирует дальнейшее перемещение анода.

Задача блока 47 ручного управления состоит в том, чтобы обеспечивать переключение режима работы ручной - автоматический, а при ручном режиме работы управление перемещением анода.

9J466656

Наиболее суи(ественными конструктивными элементами блока 39 управления являются блок центрального процессора 65, устройство 66 сопряжения процессора, местный сетевой блок 67 управления, выход которого подг ключен к линии 14 передачи данных, и блок 68 питания. К устройству 66 сопряжения процессора подключены выход приемника 19, частотный выход, сигнализирующий об изменении измерительных пределов выход преобразователя 18 напряжение - частота, линии

10

10

Устройство регулирования согласуется с составленными в ряд друг с другом снабженными системой шин сетями передачи данных (линия передачи данных, сеть передачи последовательного тока), тем самым с помощью устройства регулирования ванны согласно изобретению могут реализоваться большие иерархические системы управления с относительно малыми расходами на прокладку кабелей.

При использовании предлагаемого устройства можно ожидать существеннотеля 18 напряжение - . ;, овьшзения КПД тока и радикального входа и выхода блока 42, выполненная 15 „ vпP льнoгo показателя анод

20

25

30

для перемещения анода вниз линия 44, выполненная для перемещения анода вверх линия 45, линия 40.для управления подачей глинозема, линия 41..для управления обла№1ванием корки, линия 30 обратной сигнализации перемеп;ения вниз, линия 31 обратной сигнализации перемещения вверх и .блок ручного управления для обратной сигнализации о ручном или автоматическом режиме работы. Далее опи-. сывается возможная совокупность выходных и входных сигналов блока 42

индикации.

Выходы: запуск.программы для соз

дания подключения, запуск программы для вые.мки, пошаговый опрос требуемых данных от регулятора ванны.

Входы: индикация направления перемещения, анода, индикация анодного эффекта, предварительная сигнализация об анодном э.ффекте, индикация рабочих неисправностей состояния, ванны, сигнализация о прохождении программы выемки, сигнализация о прохождении программы для создания подключения, привод цифрового блока

индикации.

Предлагаемое устройство может преимущественно использоваться для регулирования сопротивления ванн для электролиза алюминия, в том числе для регулирования с помощью запрограммированного заданного сигнала (в соответствии с созданием подключения и выемкой), для предупреждения об анодном эффекте, для определения рабочих неисправностей состоянии ванн, для их автоматического устранения, для управления подачей глино- зема в соответствии с определенной . целевой функцией (например, регулирование сопротивления ванны на мини- , мум}.

35

40

45

50

уменьшения удельного показателя анод ного эффекта. ,

Форм ула изобретения Устройство для управления процессом электролиза алюминия, содержащее преобразователь.напряжения электролизера в частоту, соединенный с датчиком напряжения электролизера, блок управления, приемник импульсов тока.серии, отличающееся тем, что, с целью повышения.надежности и качества управления, оно снабжено блоком управления защиты от чрезмерного перемещения анода, компаратором, элементом времени, бло ком отключения привода анода, блоком сигнализации перемеп;ения анода, контакторами включения привода анода, клавиатурой,и блоком индикации, блоком ручного управления, причем выход преобразователя тока серии в частоту подсоединен к входу приемника тока серии, входы блока управления защиты от чрезмерного перемещения анода . подсоединены к выходу компаратора, к выходам блока сигнализации переме . щения анода, к выходам блока управл ния, к выходу элемента времени, а выходы блока управления защиты от чрезмерного перемещения анода присоединены к блоку управления, контакторам включения привода анода и к входу блока отключения привода анода, выход которого через блок ручного управления присоединен к пр воду анода и к блоку сигнализации .перемещения анода, а выходы контакторов подсоединены к сети питания и к блоку отключения привода анода, входы элемента времени-присоединены к выходам блока сигнализации переме щения анода, к которым подсоединены входы блока управления, выходы кото

10

Устройство регулирования согласуется с составленными в ряд друг с другом снабженными системой шин сетями передачи данных (линия передачи данных, сеть передачи последовательного тока), тем самым с помощью устройства регулирования ванны согласно изобретению могут реализоваться большие иерархические системы управления с относительно малыми расходами на прокладку кабелей.

При использовании предлагаемого устройства можно ожидать существенно;, овьшзения КПД тока и радикального „ vпP льнoгo показателя анод

;, овьшзения КПД тока и радикального „ vпP льнoгo показателя анод

0

5

0

35

40

45

50

уменьшения удельного показателя анодного эффекта. ,

Форм ула изобретения Устройство для управления процессом электролиза алюминия, содержащее преобразователь.напряжения электролизера в частоту, соединенный с датчиком напряжения электролизера, блок управления, приемник импульсов тока.серии, отличающееся тем, что, с целью повышения.надежности и качества управления, оно снабжено блоком управления защиты от чрезмерного перемещения анода, компаратором, элементом времени, блоком отключения привода анода, блоком сигнализации перемеп;ения анода, контакторами включения привода анода, клавиатурой,и блоком индикации, блоком ручного управления, причем выход преобразователя тока серии в частоту подсоединен к входу приемника тока серии, входы блока управления защиты от чрезмерного перемещения анода . подсоединены к выходу компаратора, к выходам блока сигнализации переме- . щения анода, к выходам блока управле- ния, к выходу элемента времени, а выходы блока управления защиты от чрезмерного перемещения анода присоединены к блоку управления, контакторам включения привода анода и к входу блока отключения привода анода, выход которого через блок ручного управления присоединен к при- воду анода и к блоку сигнализации .перемещения анода, а выходы контакторов подсоединены к сети питания и к блоку отключения привода анода, входы элемента времени-присоединены к выходам блока сигнализации перемещения анода, к которым подсоединены входы блока управления, выходы которого подсоединены к элементу питаниялизера соединен с входом компаратоэлектролизера глиноземом, блоку инди-ра, выход приемника тока серии и выкации., выход блока ручного управле-ходы преобразователя напряжения

НИН подсоединен к входу блока управ-электролизера в частоту соединены

ления, датчик напряжения электро-с входами блока управления.

) .Изобретение относится к области автоматизации электролиза алюминия и предназначено для управления алюмие ными электролизерами. Цель - повышение надежности и качества упр.авле- ния. Сущность изобретения заключается в том, что для управления алюминиевыми электролизерами применяется двухуровневая система. На нижнем :; : уровне используется микропроцессорный регулятор, для, управления перемещением анода и механизмами питания. Помимо микропроцессорного регулятора устройство дополнительно снабжено aвтoнo ffiыми коническими блоками, обеспечивающими защиту систе от неправильных, недопустиьых перемещений анода. 7 ил. . С

Фи.В.2

фиг.

37 -. фиг.б

срие.5